KR100514064B1 - 용량식 역학량 센서 - Google Patents

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KR100514064B1 KR10-2003-0049266A KR20030049266A KR100514064B1 KR 100514064 B1 KR100514064 B1 KR 100514064B1 KR 20030049266 A KR20030049266 A KR 20030049266A KR 100514064 B1 KR100514064 B1 KR 100514064B1
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Abstract

용량식 역학량 센서는, 기판(1), 추(11), 가동 전극(10a,10b), 앵커(14), 고정 전극(17a,17b), 스프링(12),및 응력 완충기(13)를 포함한다. 추(11)는 역학량에 의해 변위된다. 가동 전극(10a,10b)은 추(11)에 일체로 형성된다. 앵커(14)는 기판(1)상에 추(11)와 가동 전극(10a,10b)을 지지하기 위해 기판(1)에 고정된다. 고정 전극(17a,17b)은 가동 전극(10a,10b)에 대면하도록 배치된다. 역학량에 따라 야기된 가동 전극(10a,10b)의 변위는 전극(10a,10b,17a,17b) 사이의 정전용량의 변화량으로서 검출된다. 스프링(12)은 앵커(14)와 추(11) 사이에 위치되어, 가동 전극(10a,10b)이 역학량에 대응하는 거리만큼 변위되도록 역학량에 따라 탄성적으로 변형된다. 응력-완충기(13)는 기판(1)에서 발생된 응력의 스프링(12) 상의 영향력을 감소시키도록 앵커(14)와 스프링(12) 사이에 위치된다.

Description

용량식 역학량 센서{CAPACITIVE DYNAMIC QUANTITY SENSOR}
본 발명은 용량식 역학량 센서에 관한 것이다.
예컨대, 도 4a에 나타낸 용량식 반도체 가속도 센서(27) 또는 센서 칩(27)은 이 그러한 용량식 역학량 센서이다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(27)에 있어서, 추(11)는 수축 가능한 스프링(12)을 통해 가동 유니트 앵커(14)에 의해 지지된다. 제1 및 제2 콤브-투스형 가동 전극(10a,10b)은 추(11)에 일체화된다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 각기 제1 및 제2 가동 전극(10a,10b)에 대면하고 있는 제1 및 제2 콤브-투스형 고정 전극(17a,17b)은 그 일단부가 고정 유니트 앵커(19a,19b)에 의해 지지된다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 센서 칩(27)은 접착제(28)로 센서 패키지(29)에 고정되고, 센서 패키지(29)는 땜납 등의 다른 접착제(30)에 의해 인쇄 기판(31)에 접착된다. 센서 칩(27) 등이 실장된 인쇄 기판(31)은 스크류 등의 고정제에 의해 차량의 소정 위치에 고정된다.
그러나, 인쇄 기판(31), 센서 패키지(29), 접착제(28,30), 및 센서 칩(27)은 선형 팽창 계수가 다르기 때문에, 뒤틀림(warp) 등의 변형이 센서 칩(27)의 반도체 기판에 발생될 수 있다. 이러한 변형이 반도체 기판에 발생되면, 이 변형에 의해 발생된 응력이 반도체 기판에 연결된 가동 유니트 앵커(14)를 통하여 스프링(12)에 전달된다.
그 결과, 스프링(12)은 응력에 따라 탄성적으로 변형되어 가동 유니트(10a,10b)를 변위시킨다. 따라서, 가동 전극(10a,10b)과 고정 전극(17a,17b) 사이의 전극 거리가 변동하여 가동 전극(10a,10b)과 고정전극(17a,17b) 사이의 정전용량을 변화시킨다. 결과적으로, 오프셋 전압에서의 열 특성이 악화된다.
본 발명은 상술한 관점에서 이루어진 것으로, 기판 변형에 의해 야기되는 오프셋 전압에서의 열 특성의 악화가 억제되어진 용량식 역학량 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용량식 역학량 센서는 기판, 추, 가동 전극, 가동 유니트 앵커, 고정 전극, 스프링, 및 응력-완충기(strain- buffer)를 포함한다. 추는 역학량에 의해 변위된다. 가동 전극은 추에 일체화된다. 가동 유니트 앵커는 기판상에 추와 가동전극을 지지하기 위해 기판에 고정된다. 고정 전극은 가동 전극에 대면하도록 배치된다. 역학량에 따라 야기되는 가동 전극의 변위는 가동 전극과 고정 전극 사이의 정전용량에서의 변동으로서 검출된다. 스프링은 가동 유니트 앵커와 추 사이에 위치되어, 역학량에 대응하는 거리만큼 가동 전극이 변위되도록 역학량에 따라 탄성적으로 변형된다. 응력-완충기는 가동 유니트와 스프링 사이에 위치되어 스프링 상의 기판에 발생된 응력의 영향력을 감소시킨다.
이하 각종 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.
(제1 실시예)
도 1a 내지 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예에 따른 반도체 가속도 센서(5)는 SOI(Silicon-On-Insulator) 구조의 기판(4)을 포함한다. 기판(4)은 반도체 기판(1) 또는 제1 반도체 층(1), 제2 반도체 층(2), 및 실리콘 산화물 등으로 이루어진 희생층인 절연층(3)으로 구성된다. 반도체 층(1,2)은 단결정 실리콘으로 이루어진다. 도 1a의 센서(5)는 반도체 처리 기술을 이용하는 공지된 가공 기술에 의해 형성되어진 감지부(sensing portion)를 포함한다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 감지부(5)는 가동 유니트(6), 제1 및 제2 고정 유니트(7,8), 및 가동 유니트(6)와 고정 유니트(7,8)를 감싸는 주변부(9)를 포함한다. 가동 유니트(6), 고정 유니트(7,8) 및 주변부(9) 사이에는 이들을 서로 절연시키기 위해 소정 간극이 존재한다.
가동 유니트(6)는 4개의 제1 콤브-투스 형상의 가동 전극(10a), 4개의 제2 콤브-투스 형상의 가동 전극(10b), 추, 2개의 사각 프레임 형상의 스프링(12), 2개의 응력-완충기(13) 또는 2개의 응력-완충 스프링(13), 2개의 가동 유니트 앵커(14), 및 가동 전극 패드(15)를 포함한다. 가동 전극(10a,10b)은 추(11)에 일체화되어 추(11)의 양변으로부터 추(11)의 길이방향에 직교하여 연장된다. 스프링(12)은 가속도가 작용하는 질량부인 추(11)에 결합된다. 각각의 스프링(12)은 가동 전극(10a,10b)의 변위 방향에 직교하여 연장되고, 사각 프레임 형상으로 이루어진 관통구멍(through-hole)을 갖는다.
스프링(12)은, 절연층(3)과 사각 프레임 형상의 스프링(12)인 응력-완충 스프링(12)을 통하여 제1 반도체 층(1)에 연결된 가동 유니트 앵커(14)에 결합된다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 이 실시예에서, 응력-완충 스프링(13)은 추(11)의 양단에 형성된다 - 양단 사이에 스프링이 있음 - . 그러나, 단지 하나의 응력-완충 스프링(13)이 형성되더라도 실질적으로 동일한 효과가 획득될 수 있다.
가동 전극(10a,10b), 추(11), 스프링(12), 및 응력-완충 스프링(13)은, 도 1b 및 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제1 반도체 층(1)으로부터 이격된다. 이 구조는, 제2 반도체 층(2)의 아래에 공간(16)을 형성하기 위해, 제2 반도체 층(2)을 그 표면으로부터 에칭하고, 이어서 절연층(3)을 선택적으로 에칭하는 것에 의해 형성된다. 공간(16)의 외곽은 도 1a에 있어서 일점쇄선(22)으로 도시된다. 따라서, 응력-완충 스프링(13)은 가동 유니트 앵커(14)와 스프링(12) 사이에서 이동 가능하게 지지된다. 따라서, 제1 반도체 층(1)이 온도의 영향에 의해 변형되더라도, 응력이 스프링(12)에 전달되기 전에 응력-완충 스프링(13)을 갖는 가동 유니트 앵커(14)를 통해 전달된 응력을 완화시킬 수 있고, 이는 정밀한 가속도 검출에 있어서 중요하다.
각각의 스프링(12)은 그 길이 방향에 직교하는 방향을 따라 수축 및 팽창하는 스프링으로서 기능한다. 따라서, 추(11)와 가동 전극(10a,10b)은, 센서에 도 1a에 화살표로 나타낸 방향으로 가속도가 인가될 때 이 방향으로 이동하고, 가속도가 영으로 될 때 원위치로 복귀한다. 이동 전극 패드(15)는 소정 위치에서 가동 유니트 앵커(14) 중 하나에 접속된다. 가동 전극 패드(15)는 가동 전극(10a,10b)을 후술하는 C-V 변환회로에 전기적으로 접속하는데 이용된다.
제1 및 제2 고정 유니트(7,8)는 각각, 4개의 콤브-투스 형상의 제1 고정 전극(17a) 및 4개의 콤브-투스 형상의 제2 고정 전극(17b); 제1 및 제2 고정 유니트 앵커(19a,19b); 및 제1 및 제2 고정 전극 패드(18a,18b)를 포함한다. 제1 및 제2 고정 전극 패드(18a,18b)는 고정 전극(17a,17b)을 C-V 변환 회로에 전기적으로 접속하기 위해 각기 제1 및 제2 고정 유니트 앵커(19a,19b)에 위치된다. 고정 유니트 앵커(19a,19b)는 추(11)의 길이 방향에 평행하게 되도록 배치된다. 제1 및 제2 고정 전극(17a,17b)은 각기 제1 및 제2 고정 유니트 앵커(19a,19b)로부터 연장되어, 고정 전극(17a,17b)과 가동 전극(10a,10b) 사이에는 소정 검출 간극이 형성되도록 추(11)의 양변으로부터 연장되는 제1 및 제2 가동 전극(10a,10b)에 각기 평행하도록 대면한다.
고정 유니트 앵커(19a,19b)는 절연층(3)을 사이에 두고 반도체 기판(1)에 고정된다. 제1 및 제2 고정 전극(17a,17b)은 그 일단부가 제1 및 제2 고정 유니트 앵커(19a,19b)에 의해 지지된다. 이 구조 역시 공간(16)을 형성하기 위해 제2 반도체 층(2)을 그 표면으로부터 에칭하고, 이어서 절연층(3)을 선택적으로 에칭함으로써 형성된다. 제1 가동 전극(10a) 및 제1 고정 전극(15a)은 제1 정전용량(CS1)을 제공하는 제1 검출부(20)를 형성하고, 제2 가동 전극(10b) 및 제2 고정 전극(15b)은 제2 정전용량(CS2)을 제공하는 제2 검출부(21)를 형성한다.
가속도의 인가가 없을 때, 전극(10a,17a,10b,17b)은 제1 및 제2 정전용량(CS1,CS2) 사이의 정전용량 차(ΔC 또는 (CS1-CS2))가 실질적으로 영으로 되도록 배치된다. 센서(5)에 가속도가 인가되면, 스프링(12)이 변형되어 가동 전극(10a,10b)과 고정 전극(17a,17b) 사이의 거리가 변동한다. 따라서, 제1 및 제2 정전용량(CS1,CS2)은 거리 변화량으로 변동한다. 따라서, 가속도는 C-V 변환 회로를 이용하여 전위차로서 제1 및 제2 정전용량(CS1,CS2) 사이의 정전용량 차(ΔC 또는 (CS1-CS2))를 검출하여 측정될 수 있다.
도 2는 도1a의 센서용 검출 회로에 대한 등가 회로이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 검출 회로는 C-V 변환 회로(23) 또는 스위치 캐패시터 회로(23)를 포함한다. C-V 변환 회로(23)는 제1 및 제2 정전용량(CS1,CS2) 사이의 정전용량 차(CS1-CS2)를 전압차로 변환하고, 이 전압차를 출력한다. C-V 변환회로(23)는 연산 증폭기(24), Cf의 정전용량을 갖는 캐패시터(25), 및 스위치(26)를 포함한다.
연산 증폭기(24)의 반전 입력 단자는 가동 전극 패드(15)를 통하여 가동 전극(10a,10b)에 전기적으로 접속된다. 캐패시터(25) 및 스위치(26)는 연산 증폭기(24)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬로 접속된다. 도시하지 않은 전원으로부터 연산 증폭기(24)의 비반전 입력 단자로 Vcc/2의 전압이 인가된다.
검출 회로는 또한 도시하지 않은 제어 회로를 포함한다. 이 제어 회로는 Vcc의 일정한 진폭을 가지고 주기적으로 교대하는 제1 반송파를, 제1 고정 전극 패드(18a)로부터 제1 검출부(20)의 제1 고정 전극(17a)으로 입력한다. 동시에, 제어 회로는 Vcc의 일정한 진폭을 가지며 그 위상이 제1 반송파로부터 180°쉬프트된 제2 반송파를, 제2 고정 전극 패드(18b)로부터 제2 검출부(21)의 제2 고정 전극(17b)으로 입력한다.
따라서, 인가되는 가속도가 없으면, 검출부(20,21)의 각각의 전위차는 제1 검출부(20)의 제1 정전용량(CS1)이 제2 검출부(21)의 제2 정전용량(CS2)과 실질적으로 동일하기 때문에 Vcc/2로 된다. C-V 변환 회로(23)에 있어서의 스위치(26)는 반송파에 동기화되는 소정 타이밍으로 on 및 off 된다. 스위치(26)가 off 라면, 가속도가 검출된다. C-V 변환 회로(23)는 가속도에 따라 Vout의 전압을 출력한다. Vout은 다음의 식 1로 표기된다.
Vout = (CS1-CS2) × Vcc / Cf 식 1
센서가 가속되면, 제2 정전용량(CS2)에 대한 제1 정전용량(CS1)의 비율은 변동하고, 식 3에서 알 수 있듯이 출력(Vout)은 정전용량 차(CS1-CS2)에 비례한다. 출력된 전압은 도면에 도시하지 않은 증폭 회로 또는 로우-패스 필터에 의해 처리되고, 가속도 검출 신호로서 검출된다.
Vcc/2의 전압이 도면에 도시하지 않은 전원으로부터 연산 증폭기(24)의 비반전 입력 단자에 인가되더라도, Vcc/2와 동일하지 않은 V1의 전압은 자체 진단 기능 - 여기서, 가동 전극(10a,10b)은 도시하지 않은 스위치를 이용하여 반송파와 동기화된 소정 타이밍으로 Vcc/2를 V1으로 스위칭함으로써 강제적으로 변위됨 - 을 생성하기 위해 제공될 수도 있다.
본 발명은 도 3a에 나타낸 바와 같이 가동 유니트(6)내의 스프링(12)과 가동 유니트 앵커(14) 사이에 응력-완충기(13) 또는 응력-완충 스프링(13)을 제공하는 것을 특징으로 한다. 센서 칩의 제1 반도체 층(1)은, 인쇄 기판(31), 센서 패키지(29), 접착제(28,30), 및 센서(5) 사이의 선형 팽창 계수가 다르기 때문에, 이들이 도 4b에 나타낸 장치의 조립체에서 가열되거나 사용시 가열되면 변형된다.
도 1a 내지 도 1c의 센서에 있어서, 제1 반도체 층(1)의 변형에 의해 야기되는 응력은, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 절연층(3)을 통하여 제1 반도체 층(1)에 결합되는 가동 유니트 앵커(14)에 전달되고, 가동 유니트 앵커(14)는 도 3b에 탄원(oval)으로 표기한 전달된 응력의 시작점으로 된다.
도 4a의 종래의 센서에 있어서, 제1 반도체 층(1)의 변형에 의해 야기된 응력은 스프링(12)에 직접 작용하여 스프링의 탄성적인 변형을 야기한다. 결과적으로, 가동 전극(10a,10b)이 변위되어 초기 위치로부터 쉬프트 된다. 반대로, 도 1a 내지 도 1c의 센서에 있어서, 추(11)에 연결된 각각의 스프링(12) 및 스프링(12)과 가동 유니트 앵커(14) 사이에 제공되는 응력-완충 스프링(13)은 그 길이 방향에 직교하는 방향을 따라 팽창 및 수축하는 스프링으로서 기능한다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 응력-완충 스프링(13)은 스프링으로서 기능하기 위해 스프링(12)과 가동 유니트 앵커(14) 사이에 제공되기 때문에, 응력-완충 스프링(13)은 응력에 의해 변형되어 응력이 스프링(12)에 작용하기 전에 응력을 완화시킨다. 따라서, 스프링(12)상의 제1 반도체 층(1)의 변형에 의해 야기되는 응력의 영향을 감소할 수 있다.
스프링(12)의 길이방향에 직교하는 도 3c에 나타낸 화살표 방향을 따라 가속도가 인가되면, 질량부인 추(11)는 이 가속도에 의해 영향을 받는다. 추(11)에 연결되는 스프링(12)이 스프링으로서 작동하기 때문에, 변위의 시작점은 도 3c내에 타원으로 표시된 부분으로 된다. 따라서, 사각 프레임 스프링(12)은 에너지를 흡수하기 위해 탄성적으로 변형된다.
그러나, 상술한 바와 같이, 스프링(12)에 연결된 응력-완충 스프링(13)은 추(11)의 길이 방향에 평행한 방향을 따라 팽창 및 수축하는 스프링으로서 동작한다. 따라서, 응력-완충 스프링(13)은 인가된 가속도에 의해 탄성적으로 변형되고, 가동 전극(10a,10b)의 변위량은 변형에 따라 변화한다. 따라서, 가동 전극(10a, 10b)상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은 가동 전극(10a,10b)의 변위에 있어서의 응력-완충 스프링(13)의 영향력의 오차 범위 내에 있어야 한다.
스프링(12)의 탄성 변형과, 추(11)에 작용하는 가속도에 의해 야기되는 응력-완충 스프링으로 인한 가동 전극(10a,10b)의 변위량은 스프링(12)과 응력-완충 스프링(13) 각각의 스프링 상수에 비례한다. 따라서, 응력-완충 스프링(13)의 스프링 상수는, 가속도의 검출시, 가동 전극(10a,10b)을 응력-완충 스프링(13)의 영향력과 무관하게 만들기 위해 스프링(12)의 스프링 상수보다 클 필요가 있다.
가동 전극(10a,10b)의 변위에 있어서의 응력-완충 스프링(13)의 영향력이 가동 전극(10a,10b)의 변위에 있어서의 응력-완충 스프링(13)의 영향력의 오차 범위인 1% 이라면, 가속도의 검출시, 가동 전극(10a,10b)을 응력-완충 스프링(13)의 영향력과 실질적으로 무관하게 만들기 위해, 스프링(12)의 스프링 상수(K1)와 응력-완충 스프링(12)의 스프링 상수(K2)는 이하의 식 2를 만족할 필요가 있다.
K2 ≥ K1 × 100 식 2
따라서, 스프링(12)과 응력-완충 스프링(13)은 식 2를 만족하도록 형성되고, 가속도의 인가시, 가동 전극(10a,10b)의 변위 상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은 스프링(12)의 영향력에 비교해 무시할 수 있는 것으로 된다.
스프링 상수는 폭의 3승과 두께 또는 높이에 비례하고, 그 길이의 3승에 반비례한다. 따라서, 예컨대, 스프링(12)의 폭과 두께가 응력-완충 스프링(13)의 폭과 두께에 실질적으로 동일한 경우, 스프링(12)과 응력-완충 스프링(13)은 아래의 식 3을 만족하도록 형성된다.
L1/L2 > 4.7 식 3
여기서, L1과 L2는, 도 3a에 나타낸 바와 같이 가동 전극(10a,10b)의 변위 방향에 직교하는 방향에 있어서, 각기 스프링(12)의 프레임의 길이 및 응력-완충 스프링(13)의 프레임의 길이이다.
즉, 스프링(12)의 길이(L1)는 식 3을 만족시키기 위해 응력-완충 스프링(13)의 길이(L2)의 4.7배 이상이고, 가동 전극(10a,10b)의 변위상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은, 응력-완충 스프링(13)이 인가된 가속도에 의해 탄성적으로 변형하더라도 1% 이하로 되고, 가동 전극(10a,10b)의 변위상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은, 가속도의 인가시, 스프링(12)의 영향력에 비교하여 무시할 만한 것으로 된다.
이 실시예에서, 소정한 탄성을 갖는 응력-완충 스프링(13)은 응력-완충 스프링(13)의 탄성 변형을 이용하여 응력을 흡수함으로써 제1 반도체 층(1)의 변형에 의해 야기되는 응력을 완화하도록 제공된다. 따라서, 제1 반도체 층(1)의 변형에 의해 야기되는 응력이 스프링(12)에 조금만 전달된다. 결과적으로, 가동 전극(10a,10b)이 응력에 의해 변위되기 힘들고, 따라서 응력에 의해 야기되는 오프셋 전압에 있어서의 변화율을 감소시킬 수 있다.
(다른 실시예)
상술한 실시예에 있어서, 응력-완충 스프링(13)이 가속도 측정에 영향을 미치지 않도록 조절되는 것은 스프링(12)의 길이(L1)와 응력-완충 스프링(13)의 길이(L2)이다. 또한, 스프링(12)의 길이와 두께가 응력-완충 스프링(13)의 길이와 두께와 실질적으로 동일하다면, 스프링(12)과 응력-완충 스프링(13)은 아래의 식 4를 만족하도록 형성된다.
d2 / d1 > 4.7 식 4
여기서, d1과 d2는, 도 3a에 나타낸 바와 같이 가동 전극(10a,10b)의 변위 방향에 평행한 방향에 있어서, 각기 스프링(12)의 프레임의 폭과 응력 완충 스프링(13)의 프레임의 폭이다.
즉, 응력-완충 스프링(13)의 폭(d2)은 식 4를 만족시키기 위해 스프링(12)의 폭(d1)의 4.7배 이상이고, 가동 전극(10a,10b)의 변위상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은, 응력-완충 스프링(13)이 인가된 가속도에 의해 탄성적으로 변형되더라도 1% 이하로 되고, 가동 전극(10a,10b)의 변위상의 응력-완충 스프링(13)의 영향력은, 가속도의 인가시, 스프링(12)의 영향력에 비교하여 무시할 만한 것으로 된다.
상술한 실시예에 있어서, 길이(L1,L2)와 폭(d1,d2)은 각기 변화된다. 그러나, 당연히 길이(L1,L2)와 폭(d1,d2)은 식 2를 만족시키기 위해 동시에 조절될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c의 반도체 가속도 센서는 제2 반도체 층(2)과 절연층(3)을 제2 반도체 층(2)의 표면으로부터 에칭하는 것에 의해 제조된다. 그러나, 본 발명은 제2 반도체 층(2)만을 그 표면으로부터 에칭하는 것에 의해 형성되는 반도체 센서와, 반도체 센서의 제1 반도체 층(1)을 그 표면으로부터 또는 그 비절연층으로부터 에칭하여 가동 전극 등의 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 반도체 센서에도 적용될 수 있다.
제1 실시예에 있어서, 응력-완충 스프링(13)은 사각 프레임 형상이다. 그러나, 응력-완충 스프링(13)은 제1 반도체 층(1)으로부터 전달된 응력을 흡수할 수 있는 한 다른 구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 다중-접힘 구조(multiply folding structure)가 사용될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 기판 변형에 의해 야기되는 오프셋 전압에서의 열 특성의 악화가 억제되어진 용량식 역학량 센서를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량식 반도체 가속도 센서의 개략적인 평면도.
도 1b는 선분(IB-IB)을 따라 절취된 도 1a에 있어서의 센서의 개략적인 단면도.
도 1c는 선분(IC-IC)을 따라 절취된 도 1a에 있어서의 센서의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1a의 센서용 검출 회로에 대한 등가 회로도.
도 3a는 도 1a에 있어서의 스프링과 응력-완충기의 확대도로서, 초기상태를 나타내고 있는 도면.
도 3b는 도 1a에 있어서의 스프링과 응력-완충기의 확대도로서, 반도체 층의 변형시의 상태를 나타내는 있는 도면.
도 3c는 도 1a에 있어서의 스프링과 응력-완충기의 확대도로서 가속도의 인가시의 상태를 나타내고 있는 도면.
도 4a는 종래 용량식 반도체 가속도 센서를 나타내는 개략적인 평면도.
도 4b는 도 4a의 센서가 인쇄 기판에 조립된 상태를 나타내는 개략적인 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 제1 반도체 층 2: 제2 반도체 층
4: SOI 기판 6: 가동 유니트
12: 스프링 13: 응력-완충기
14: 가동 유니트 앵커 27: 센서

Claims (6)

  1. 기판;
    역학량에 의해 변위되는 추;
    상기 추에 일체화된 가동 전극;
    상기 추와 상기 가동 전극을 상기 기판 상에 지지하기 위해, 상기 기판에 고정되는 제1 가동 유니트 앵커;
    상기 가동 전극에 대향하도록 배치되는 고정 전극 - 여기서, 상기 역학량에 따라 야기되는 상기 가동 전극의 변위는 상기 가동 전극과 상기 고정 전극 사이의 정전용량의 변화로서 검출됨 - ;
    상기 제1 가동 유니트 앵커와 상기 추 사이에 위치되고, 상기 가동 전극이 상기 역학량에 대응하는 거리만큼 변위되도록 상기 역학량에 따라 탄성 변형되는 제1 스프링; 및
    상기 제1 스프링 상의 상기 기판에 발생된 응력의 영향을 감소시키기 위해, 상기 제1 가동 유니트 앵커와 상기 제1 스프링 사이에 위치되는 제1 응력 완충기
    를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 응력 완충기의 스프링 상수는 상기 제1 스프링의 스프링 상수보다 큰
    용량식 역학량 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추와 상기 가동 전극을 상기 기판 상에 지지하기 위해, 상기 기판에 고정되는 제2 가동 유니트 앵커;
    상기 제2 가동 유니트 앵커와 상기 추 사이에 위치되고, 상기 가동 전극이 상기 역학량에 대응하는 거리만큼 변위되도록 상기 역학량에 따라 탄성 변형되는 제2 스프링; 및
    상기 응력의 영향을 감소시키기 위해, 상기 제2 가동 유니트 앵커와 상기 제2 스프링 사이에 위치되는 제2 응력 완충기 - 여기서, 상기 스프링들은 상기 추의 양단부에서 상기 추에 링크됨 -
    를 더 포함하는 용량식 역학량 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 응력 완충기는 상기 응력을 흡수하기 위해 탄성 변형되는 응력-완충 스프링이고, 상기 응력-완충 스프링의 스프링 상수는 상기 제1 스프링의 스프링 상수보다 큰
    용량식 역학량 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스프링과 상기 응력-완충 스프링의 스프링 상수는, 다음의 식:
    K2 ≥ K1 × 100 을 만족하고,
    여기서, K1과 K2는 각기 상기 제1 스프링의 스프링 상수 및 상기 응력-완충 스프링의 스프링 상수인
    용량식 역학량 센서.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 스프링 및 상기 응력-완충 스프링은 각각 상기 가동 전극의 변위 방향에 대해 직교 연장되는 관통-구멍을 갖는 사각 프레임 형상으로 이루어지고, 상기 응력-완충 스프링이 상기 제1 스프링의 스프링 상수보다 큰 스프링 상수를 갖도록, 상기 제1 스프링과 상기 응력-완충 스프링은, 상기 변위 방향에 대해 직교 방향으로의 상기 프레임의 길이(L1, L2) 및 상기 변위 방향에 대해 평행한 방향으로의 상기 프레임의 폭(d1, d2)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나의 치수에 있어서 서로 상이한
    용량식 역학량 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스프링과 상기 응력-완충 스프링은 실질적으로 동일한 프레임 폭(d1, d2)을 갖고, 상기 제1 스프링의 프레임 길이(L1)는 상기 응력-완충 스프링의 프레임 길이(L2)의 4.7배 이상인
    용량식 역학량 센서.
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